BIM技術(shù)在土木工程專業(yè)教學中的應(yīng)用

黃曉玲 陳思宏

【摘要】本文論述BIM技術(shù)在土木工程專業(yè)教學中應(yīng)用的意義，指出當前BIM教學中存在連貫性不足、理論內(nèi)容缺乏實踐支撐、考核形式未側(cè)重實踐等問題，提出積極發(fā)揮BIM技術(shù)虛擬仿真實驗室的優(yōu)勢、積極促進BIM技術(shù)在教學中的滲透、運用BIM技術(shù)改革專業(yè)畢業(yè)設(shè)計等策略。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù) 土木工程 教學改革

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）27-0145-04

隨著我國教育體制改革的不斷深化，國家對基礎(chǔ)行業(yè)專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，因此土木工程專業(yè)的整體教學改革問題越來越受到教師群體的關(guān)注。在土木工程專業(yè)教學中有效運用BIM技術(shù)不僅能進一步提升整體課堂教學的信息建模效率，而且對整體專業(yè)的知識內(nèi)容模擬和應(yīng)用優(yōu)化具有深遠的影響。教師應(yīng)當進一步優(yōu)化教學思路，針對目前教學過程中存在的教學問題進行統(tǒng)一優(yōu)化，構(gòu)建新型的專業(yè)教學模式和體系，以提升學生的專業(yè)素養(yǎng)和能力。本文對土木工程專業(yè)中有關(guān)BIM技術(shù)的應(yīng)用改革問題進行了深層次的研究和討論，希望能夠啟發(fā)教師在進行實際的教學形式創(chuàng)新過程中更多的思考，從而為優(yōu)化我國土木工程領(lǐng)域的人才培養(yǎng)策略打下更好的基礎(chǔ)。

一、BIM技術(shù)在土木工程專業(yè)教學中應(yīng)用的意義

在教學中應(yīng)用BIM技術(shù)能增強教學的可視度以及可模擬度，提升教學效率。BIM技術(shù)作為一種能覆蓋建筑物全生命周期的信息模型、建筑工程管理行為模型全流程的新型技術(shù)方法，不僅是未來綠色建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢，同時也是建筑行業(yè)與信息化緊密結(jié)合發(fā)展的宏觀方向。在生產(chǎn)實際中，BIM相關(guān)技術(shù)人員主要以三維數(shù)字技術(shù)為整體理論基礎(chǔ)，并通過數(shù)字信息仿真和模擬建筑物的海量數(shù)據(jù)信息完成相應(yīng)的數(shù)字建模。此種方式能使開發(fā)人員結(jié)合信息模型進行廣泛深入的交互協(xié)同，大大提升了項目決策人員的工作效率和決策精準度，同時也能夠使整體土木工程建筑項目實現(xiàn)更好的可視和可模擬管理。

因此，在土木工程專業(yè)教學過程中，教師通過有效結(jié)合BIM技術(shù)數(shù)字模擬系統(tǒng)的技術(shù)特點，能夠?qū)⒔滩暮臀淖置枋鲂畔⒅衅矫娑橄蟮墓こ探ㄔO(shè)關(guān)鍵信息以三維圖像呈現(xiàn)，能更好地提升學生學習理解知識內(nèi)容的效率。并且BIM技術(shù)可以結(jié)合土木工程項目的全過程進行動態(tài)模擬化處理，能夠方便教師在教學中各個項目具體的環(huán)節(jié)開展教學引導，也能夠方便學生統(tǒng)籌思考各不同項目各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，分析它們的相互影響，最終為提升總工程專業(yè)課堂的教學效率和教學質(zhì)量起到深遠的鋪墊作用。

在此結(jié)合過程中，教師依托BIM技術(shù)也有利于優(yōu)化培養(yǎng)方案設(shè)計，更好地利用空間表現(xiàn)和視覺渲染等功能生動地再現(xiàn)知識點。教師在實際教學講解的過程中通過適當延伸BIM相關(guān)技術(shù)的內(nèi)容，在拓寬學生眼界的同時，也能加強學生對土木工程行業(yè)發(fā)展趨勢的宏觀把握能力，既幫助學習能力相對較弱的學生進行更加直觀地理解，也能夠為學習能力較強的學生提供更加深入全面的技能延伸，提升整體課堂的教學效率，最終有效提升全體學生的專業(yè)素養(yǎng)、能力。由于BIM技術(shù)覆蓋了土木工程行業(yè)的全過程，通過這樣的教學模式，學生的專業(yè)技能全面性將得到顯著提升并促進土木工程專業(yè)與其他專業(yè)的技術(shù)交流，進而更好地推進土木工程行業(yè)的進步。

教學中運用BIM技術(shù)，也為進一步實現(xiàn)院校向企業(yè)長期輸送專業(yè)人才的戰(zhàn)略提供了穩(wěn)定的渠道。院校運用此技術(shù)所培養(yǎng)出來的人才，更能滿足企業(yè)的用人需求，并有效針對人力資源的管理和面試成本進行控制，最終提升企業(yè)人才引進過程的性價比。

二、現(xiàn)存問題

（一）BIM技術(shù)的教學應(yīng)用連貫性仍需提升

在土木工程專業(yè)教學改革中，一些教師往往將整體BIM技術(shù)拆分至各專業(yè)課程當中，這雖然能夠進一步加大技術(shù)與課程內(nèi)容之間的聯(lián)系和滲透程度，但也不可避免地削弱了BIM技術(shù)的教學應(yīng)用連貫性。這造成了學生只能夠通課程內(nèi)容延伸來粗淺地了解BIM技術(shù)，影響了學生結(jié)合實際問題運用技術(shù)的能力培養(yǎng)。在另一方面，這樣的情況制約了學生通過運用BIM技術(shù)來提升自身專業(yè)和未來就業(yè)的發(fā)展質(zhì)量，最終使引入BIM技術(shù)的培養(yǎng)目標本末倒置，同時也浪費了大量的教學時間和資源成本。除此之外，由于整體BIM技術(shù)的運用范圍和周期相對較長，這也使學生在漫長的時間跨度間容易發(fā)生前后知識的記憶和運用問題，不僅嚴重影響教學質(zhì)量，同時也給學生的專業(yè)知識學習帶來更多的任務(wù)和負擔。

（二）理論內(nèi)容缺乏實踐支撐

在土木工程專業(yè)教學改革工作實踐中，實習教學的開展方式直接影響著學生知識運用能力和實踐水平的質(zhì)量。教師往往會帶領(lǐng)學生通過實地觀察土木工程施工現(xiàn)場來提升學生對專業(yè)的認知和實踐的經(jīng)驗，以此有效加強學生木工程實際施工流程的規(guī)范性，有效鞏固理論知識和教材上的內(nèi)容。但是由于土木施工現(xiàn)場情況往往較為復雜，為了避免學生在施工現(xiàn)場受到傷害，整體的施工參觀區(qū)域往往建立在較遠的安全區(qū)，學生只能遠遠觀看。這樣的情況不僅使實習教學過程具有較大的局限性，而且在一定程度上也會造成學生忽視整體實習活動的現(xiàn)象，最終使實習流于表面，難以取得原本的教學設(shè)計效果。除此之外，教師在運用BIM技術(shù)手段來加強整體的實習效果時方式較片面，往往只能通過板書或PPT呈現(xiàn)信息和知識點，這也在一定程度上制約了整體土木工程實習教學的效果，令學生理解整體知識的邏輯架構(gòu)時缺乏實踐內(nèi)容的支撐，降低了知識內(nèi)化效率。

加入土木課程專業(yè)教師隊伍的青年教師數(shù)量不斷增加，在一定程度上解決了長期缺乏專業(yè)教師的問題，但是由于青年教師自身的實踐經(jīng)驗和理論知識儲備還存在較大的提升空間，因此講授專業(yè)課程時也相應(yīng)地偏向?qū)碚撝R的講解和引申。這樣的情況造成了專業(yè)學生在遇到土木工程項目的實踐疑問時，教師并不能很好地針對具體問題深入進行講解。除此之外，教師在實際運用BIM技術(shù)時，也會受到自身實踐經(jīng)驗不足等因素制約，最終難以幫助學生深層次理解和運用BIM的技術(shù)。

（三）考核形式未側(cè)重實踐

由于目前我國大部分土木工程專業(yè)的考核以實踐報告和考試成績的綜合成績進行整體專業(yè)結(jié)果評定的形式為主，這使學生為了能夠獲取更好的期末成績更加偏向?qū)碚撝R進行集中鞏固與探究，因此影響了專業(yè)實踐和理論的結(jié)合質(zhì)量。實習報告由于缺乏對實踐能力的考察方式，最終也只能流于書面的形式，對學生的實際能力提升和未來就業(yè)所起的幫助作用有限。除此之外，專業(yè)考核內(nèi)容的理論偏向也會造成BIM技術(shù)的實際應(yīng)用作用進一步削弱，學生會產(chǎn)生忽略BIM技術(shù)學習的現(xiàn)象，同時產(chǎn)生不好的學習風氣，最終影響學生對BIM技術(shù)的實際運用和訓練效果。

三、BIM技術(shù)在土木工程專業(yè)教學中的優(yōu)化途徑

（一）積極發(fā)揮BIM技術(shù)虛擬仿真實驗室的優(yōu)勢

為了讓BIM技術(shù)功能得以有效深入應(yīng)用，學院應(yīng)積極建設(shè)與BIM相關(guān)的虛擬仿真實驗室，積極發(fā)揮BIM技術(shù)虛擬仿真實驗室的優(yōu)勢。這樣，教師開展教學的時候不僅能夠依托實驗室中海量的教學資源、數(shù)據(jù)補充學生的理論知識體系，也能夠進一步結(jié)合BIM技術(shù)構(gòu)建土木工程項目的虛擬仿真環(huán)境，從而在保證學生充分安全的前提下，盡可能有效重現(xiàn)土木工程現(xiàn)場的施工環(huán)節(jié)。

例如在構(gòu)建環(huán)境設(shè)計與施工虛擬仿真實驗室的過程中，為了能夠更好結(jié)合BIM技術(shù)，幫助學生認知高?；驑O端環(huán)境下高成本高消耗的大型項目施工流程和施工規(guī)范，教師結(jié)合教學實訓系統(tǒng)按照節(jié)點進行資源劃分。首先從整體上有效構(gòu)建實驗室的設(shè)計主體，并根據(jù)需求，結(jié)合信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行裝修與水電路改造的教學；其次根據(jù)施工工藝區(qū)域進行相應(yīng)的劃分，從而讓學生結(jié)合BIM技術(shù)學習用戶板墻施工工藝、整體石膏板吊頂?shù)纫幌盗泄に嚵鞒?，發(fā)揮整體虛擬仿真實驗室的最大功效。此舉結(jié)合不同的施工流程通過BIM技術(shù)進行有效的數(shù)據(jù)建模、進行相應(yīng)的模塊化分解，從而更直觀地呈現(xiàn)節(jié)點圖、施工圖以及現(xiàn)場實例圖等數(shù)據(jù)信息，能夠更充分利用整體數(shù)據(jù)模型的動態(tài)展示功能，讓知識點更為具象化，幫助學生整體認知模型的結(jié)構(gòu)。同時，借助實驗室模擬系統(tǒng)內(nèi)置的計算功能，學生可方便地添加計算數(shù)據(jù)，虛擬、設(shè)計并計算出相應(yīng)的模型，且后續(xù)可自由地對其修改和優(yōu)化。減少了教學的壓力，提升了學生的積極性。

此外，在構(gòu)建完成實驗室硬件設(shè)施后，教師應(yīng)當優(yōu)化相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，有效開展平臺賬號管理和數(shù)據(jù)交互，并結(jié)合體系內(nèi)的軟件進一步提升BIM技術(shù)的應(yīng)用水平。如為了能夠更好提升學生對模擬場景和信息模型的觀測和分析質(zhì)量，教學團隊在模擬實驗室中設(shè)計了全場景動態(tài)漫游和沙盤360度自定義認知場景體系，其中也包含相應(yīng)的施工動畫視頻，從而在不同施工場景、各過程節(jié)點中，令BIM技術(shù)都能全面介入分析和探究之中，提升教學效率，有助于整體提升教學內(nèi)容的連貫性。

（二）積極促進BIM技術(shù)在教學中的滲透

教師可以結(jié)合現(xiàn)有的教學資源和技術(shù)設(shè)備資源進行二次開發(fā)，讓BIM全面滲透專業(yè)課程的教學。就土木工程專業(yè)的施工類課程而言，主要體現(xiàn)在施工現(xiàn)場的布置工作方面。因此，教師教學過程中需結(jié)合建筑信息模型，模擬和調(diào)整再現(xiàn)整體施工現(xiàn)場，從而更好為學生講解不同位置的設(shè)計可能發(fā)生的問題。除此之外，教師也可以結(jié)合BIM技術(shù)中的功能，通過動畫模擬整體的施工布置。這樣不僅在教學中即明確整體布置的流程和運用要求，還能高效提升學生對整體施工布置過程的把控能力，培養(yǎng)良好的一體化布置習慣，更好地為之后的材料購置計劃的設(shè)計學習做好鋪墊，最終使技術(shù)與課程需求進一步契合，有效提升學生的BIM技術(shù)應(yīng)用能力。

教師還可根據(jù)不同專業(yè)課程特點開展有針對的優(yōu)化，讓BIM技術(shù)與土木專業(yè)的重要課程更為適配。首先，在造價類課程的優(yōu)化方面，教師可將其作為落實教學改革的重要抓手。在傳統(tǒng)的土木工程造價類課程的教學過程中，教師往往需要列表展示不同施工材料的性質(zhì)和價格，但是繁冗的信息不僅令學習和記憶產(chǎn)生較大難度，也不利于學生后續(xù)使用。而當教師通過BIM技術(shù)以直觀化的動畫分別展現(xiàn)材質(zhì)的特性，可加深學生對不同材質(zhì)信息的記憶，也提升了學生選擇材料時的效率，更好地控制造價。教師還可以通過結(jié)合相應(yīng)的特殊插件，有效減少不同造價材料的匯總計算量，從而能夠快速、科學地給出材料搭配設(shè)計結(jié)果。學生掌握了相關(guān)的技術(shù)之后，也能結(jié)合自主設(shè)計需求進一步優(yōu)化選擇施工材料的成本，提升專業(yè)素養(yǎng)能力。

其次，在設(shè)計類課程的優(yōu)化方面，隨著該類課程在土木工程專業(yè)教學中占比越來越重，學生未來就業(yè)發(fā)展也越來越需要該項專業(yè)技能。教師可提升BIM技術(shù)在設(shè)計類課程中的滲透質(zhì)量，加強不同課程在設(shè)計層面上的聯(lián)系，從而構(gòu)建結(jié)構(gòu)完整的知識體系，教會學生高效使用設(shè)計軟件，并為進一步提升課程教學中的工程案例支撐質(zhì)量做鋪墊。教學實踐中，教師可引導學生通過構(gòu)建建筑信息模型并結(jié)合相應(yīng)的設(shè)計類軟件優(yōu)化施工要素分析和設(shè)計圖紙；通過對比建筑管線模型，更為高效地找到設(shè)計問題和隱患。這樣不僅可以大大提升設(shè)計工作的效率，也能通過BIM技術(shù)功能提升不同設(shè)計內(nèi)容的標準化程度，從而在宏觀層面上形成整體性系統(tǒng)設(shè)計，有效提升學生實際設(shè)計能力。

最后，在實踐課程的優(yōu)化方面，與BIM技術(shù)融合的設(shè)計課程也能夠結(jié)合模擬實驗室開展實踐，將學生自主設(shè)計的內(nèi)容在現(xiàn)實中呈現(xiàn)。這不僅能夠引導學生結(jié)合實用性和施工環(huán)節(jié)的各種因素綜合考量所設(shè)計的內(nèi)容，還能提升所設(shè)計內(nèi)容的科學性和標準性。例如，在混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計課程中，做蓋樓設(shè)計時，就可以用接口軟件將BIM建筑模型導入結(jié)構(gòu)分析軟件，形成BIM三維結(jié)構(gòu)模型，最終獲得樓板的鋼筋和施工圖。通過列舉這樣的施工案例讓學生直觀地看到BIM技術(shù)對土木工程施工的重要性，也能夠進一步優(yōu)化學生的整體性思維，從而為實際工作發(fā)展起到有效的促進作用。

（三）運用BIM技術(shù)改革專業(yè)畢業(yè)設(shè)計

在傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學指導過程中，由于大部分學生的畢業(yè)設(shè)計主題往往更偏重房屋建造類的設(shè)計內(nèi)容，因此主要的設(shè)計完成過程由教師提供工程概括和資料信息，并結(jié)合學生對資料信息的篩選進行后續(xù)圖紙的完整設(shè)計。這樣的畢業(yè)設(shè)計完成方式雖然能夠在最大程度上完善學生的設(shè)計和技術(shù)應(yīng)用過程，但是也會造成學生群體的設(shè)計思路和設(shè)計結(jié)果出現(xiàn)千篇一律、創(chuàng)新不足的問題。

為了能夠更好地解決這樣的實際問題，專業(yè)教師可以結(jié)合BIM技術(shù)的功能改革專業(yè)畢業(yè)設(shè)計，協(xié)同企業(yè)推出相應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計比賽活動，并鼓勵學生將自身的畢業(yè)設(shè)計作品作為企業(yè)研發(fā)和拓展的實驗項目進行設(shè)計和優(yōu)化，奪取更好的比賽成績，也能有效提升畢業(yè)設(shè)計的原創(chuàng)性和創(chuàng)新性。這樣的教學改革能夠有效全面提升學生畢業(yè)設(shè)計水平和自身專業(yè)素養(yǎng)能力，也有利于提升學生未來專業(yè)就業(yè)的核心競爭能力。學生通過對這樣的創(chuàng)新資源進行分析和學習，不僅能夠更好掌握專業(yè)課的理論知識體系，而且也能夠結(jié)合教師對案例的獨特講解全面提升自身的BIM技術(shù)實踐應(yīng)用能力。

總而言之，在國家和社會對未來土木工程行業(yè)領(lǐng)域進一步深化發(fā)展的核心要求指導下，專業(yè)教師應(yīng)當依托BIM技術(shù)優(yōu)化教學思路、教學過程，并積極發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢，更好地結(jié)合建筑信息模型技術(shù)的功能來進一步實現(xiàn)課堂教學的改革與創(chuàng)新，為加強學生的理論知識體系完善和實踐能力培養(yǎng)進行積極嘗試。

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注：本文系2019年廣西職業(yè)教育教學改革研究項目“基于‘1＋X’背景下的BIM職業(yè)標準與課程融合的探索”（GXGZJG2019B078）的研究成果之一。

作者簡介：黃曉玲（1990— ），廣西合浦人，講師，本科，主要研究方向為土木工程；陳思宏（1986— ），廣西賓陽人，高級工程師，研究生班學歷、學士學位，主要研究方向為職業(yè)教育。